Методика проектирования онтологии предметной области
Описывается методика проектирования онтологии ПдО, приведена блок-схема алгоритма и рассмотрен пример построения фрагмента онтологии ПдО “Вычислительная техника”. Описується методика проектування онтології ПдО, подана блок-схема алгоритму проектування ПдО і розглянуто приклад побудови фрагмента онто...
Saved in:
| Published in: | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46447 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Методика проектирования онтологии предметной области / А.В. Палагин, Н.Г. Петренко, К.С. Малахов // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2011. — № 10. — С. 5-12. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859804326307823616 |
|---|---|
| author | Палагин, А.В. Петренко, Н.Г. Малахов, К.С. |
| author_facet | Палагин, А.В. Петренко, Н.Г. Малахов, К.С. |
| citation_txt | Методика проектирования онтологии предметной области / А.В. Палагин, Н.Г. Петренко, К.С. Малахов // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2011. — № 10. — С. 5-12. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| description | Описывается методика проектирования онтологии ПдО, приведена блок-схема алгоритма и рассмотрен пример построения фрагмента онтологии ПдО “Вычислительная техника”.
Описується методика проектування онтології ПдО, подана блок-схема алгоритму проектування ПдО і розглянуто приклад побудови фрагмента онтологіі з предметної області “Обчислювальна техніка”.
The article describes the technique for designing a domain ontology, shows the flowchart of algorithm design and example of constructing a fragment of the ontology of the subject area of Computer Science is considered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:15:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2011, № 10 5
A. Palagin, N. Petrenko,
K. Malakhov
TECHNIQUE FOR DESIGNING
A DOMAIN ONTOLOGY
The article describes the technique
for designin a domain ontology,
shows the flowchart of algorithm
design and example of constructing
a fragmentof the ontology of the
subject area of Computer Science
is considere.
Key words: computer ontology,
ontograf, subject area, Protégé.
Описується методика проекту-
вання онтології ПдО, подана
блок-схема алгоритму проекту-
вання ПдО і розглянуто приклад
побудови фрагмента онтологіі з
предметної області “Обчислюва-
льна техніка”.
Ключові слова: комп’ютерна он-
тологія, онтограф, предметна
область, Protégé.
Описывается методика проекти-
рования онтологии ПдО, приведе-
на блок-схема алгоритма и рас-
смотрен пример построения фра-
гмента онтологии ПдО “Вычис-
лительная техника”.
Ключевые слова: предметная об-
ласть, компьютерная онтология,
онтограф, Protégé.
А.В. Палагин, Н.Г. Петренко,
К.С. Малахов, 2011
УДК 004.415
А.В. ПАЛАГИН, Н.Г. ПЕТРЕНКО, К.С. МАЛАХОВ
МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ОНТОЛОГИИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
Введение. Под компьютерной онтологией
предметной области (ПдО) понимается трой-
ка [1, 2]: O < , , >,X R F
где 1 2, ,..., ,...,i nX x x x x , 1, ,i n
n Card X – конечное множество концеп-
тов (понятий) заданной ПдО;
1 2, ,..., ,..., ,k mR r r r r 1 2: ... ,nR x x x
1, , ,k m m Card R – конечное множество
семантически значимых отношений между
концептами ПдО. Они определяют тип взаи-
модействия между понятиями. В общем слу-
чае, отношения делят на общезначимые (из
которых выделяют, как правило, отношения
частичного порядка) и конкретные отноше-
ния заданной ПдО;
RXF : – конечное множество функций
интерпретации, заданных на концептах и/или
отношениях. Частным случаем задания мно-
жества функций интерпретации F является
глоссарий, составленный для множества по-
нятий Х. Определение понятия Хi , в общем
случае, включает подмножество понятий{xi-1},
через которые определяется Хi; отношение
kR , связывающее Хi с {xi-1}; и множество ат-
рибутов (признаков), присущих Хi.
Компьютерная онтология формальное
выражение концептуальных знаний о пред-
метной области и по своей значимости со-
поставима с базой знаний интеллектуальной
информационной системы, а её построение
является специфической формой человече-
ского мышления. Оно (мышление) в процес-
се познания оперирует, в том числе, сужде-
ниями, утверждениями, понятиями и отно-
А.В. ПАЛАГИН, Н.Г. ПЕТРЕНКО, К.С. МАЛАХОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2011, № 10 6
шениями между ними. А последние являются фундаментом, основой для по-
строения составной части научной теории – онтологической базы знаний в за-
данной предметной области. При этом такие знания описываются в декларатив-
ной форме [2].
В простом случае методика проектирования онтологии ПдО (О ПдО) вклю-
чает три этапа проектирования.
1. Предварительный анализ заданной ПдО.
2. Построение вручную онтографа ПдО. Под онтографом понимается дву-
дольный граф, вершинами которого являются понятия ПдО, а дугами – связи
между ними. Двудольный граф – это однонаправленный ориентированный граф,
в одну вершину которого может входить и выходить несколько дуг.
3. Графическое (визуальное) проектирование онтографа ПдО и составление
формализованного описания онтологии ПдО.
Основная часть. Анализ предметной области.
Этап системного анализа предметной области заключается в:
– составлении систематизированного представления знаний о ПдО, понима-
нии сути происходящих в ней процессов, правил и ограничений;
– многократном абстрагировании при описании и спецификации знаний за-
данной ПдО, в результате которого из всего многообразия характеристик и
свойств понятий предметной области выделяются наиболее существенные, ре-
левантные множеству конкретных задач пользователей;
– составлении и документировании глоссария терминов (понятий) ПдО. В
случае отсутствия в глоссарии определения для некоторого понятия (т. е. отсут-
ствия F) разработчик онтологии ПдО сам определяет функцию интерпретации
для этого понятия в соответствии со своими профессиональными знаниями.
Основными принципами при системном анализе ПдО, в частности, являют-
ся: принцип конечной цели; принцип единства; принцип связности; принцип ие-
рархии; принцип развития (интеграция с другими фрагментами онтологии ПдО
или «родственными» онтологиями). На этом этапе также формируются требова-
ния к разрабатываемой онтологии ПдО.
Построение компонент онтологического описания ПдО. Напомним неко-
торые известные определения, непосредственно относящиеся к построению
множеств концептуальной модели ПдО или её онтологии.
Понятие целостная совокупность суждений, в которых что-либо утвер-
ждается об отличительных признаках исследуемой сущности, ядром которой
являются суждения (или утверждения) о наиболее общих и при этом сущест-
венных признаках этой сущности.
Каждое понятие характеризуется объёмом и содержанием. Объём и содер-
жание понятия – две взаимосвязанные стороны понятия. Объём – класс обоб-
щённых в понятии предметов, содержание – совокупность (обычно существен-
ных) признаков, по которым произведено обобщение и выделение предметов в
данном понятии.
Каждому понятию соответствует одно или несколько имён.
МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОНТОЛОГИИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2011, № 10 7
Все понятия (или концепты) делятся на ряд классов (по семантической зави-
симости) [3]:
- в зависимости от отображения вида или рода предметов – на видовые и
родовые понятия;
- в зависимости от отображения части или целого предметов – на понятия-
части и понятия-целые;
- в зависимости от количества отображаемых предметов – на единичные и
общие понятия;
- в зависимости от отображения предмета или свойства, абстрагированного
от предмета, – на конкретные понятия и абстрактные понятия.
Онтология ПдО – это концептуальная модель реального мира и её понятия
должны отражать данную реальность.
Построение фрагмента онтологии категориального уровня (ОКУ).
Построение ОКУ для любой онтологии ПдО – важный этап в общем алго-
ритме проектирования:
- во-первых, обычно онтологии ПдО строятся фрагментарно. Связывание
в дальнейшем нескольких таких фрагментов в общую онтологию осуществляет-
ся через понятия ОКУ;
- во-вторых, понятия О ПдО, связанные с понятиями ОКУ, являются их под-
классами, и поэтому, наследуют признаки понятия-класса (конечно, если они
связаны между собой отношением частичного порядка), например, отношение
«род-вид» – отношение частичного порядка, а отношение «целое-часть» – нет.
Проектирование ОКУ может быть выполнено следующим образом:
- список понятий, входящих в ОКУ, может быть составлен из понятий, вхо-
дящих в определения для понятий верхнего уровня О ПдО (если определение
составлено согласно способу «определение понятия через понятия верхнего
уровня». Понятно, что такой список будет не полным;
- пополнение списка осуществляется на основе профессиональных знаний
разработчика О ПдО;
- для всех понятий, вошедших в список понятий ОКУ, составляется глосса-
рий (множество определений), причём, чем больше включено в глоссарий опре-
делений для одного понятия, тем точнее может быть построен онтограф ПдО
и множество функций интерпретации;
- связывание дугами вершины понятий ОКУ и О ПдО. Причём, в определе-
ниях этих понятий понятия, с которыми выполняется связывание, должны быть
указаны в явном виде.
Построение множества X считается наиболее важным моментом при раз-
работке онтологии ПдО. Оно должно быть обязательно не пустым.
Для хорошо проработанных предметных областей за основу множества эле-
ментов ix может быть взято содержимое различных толковых словарей.
В противном случае следует составить полный список терминов, в котором ука-
зать (причём пересечение объёмов и содержаний понятий в таком предвари-
тельном списке не существенно):
А.В. ПАЛАГИН, Н.Г. ПЕТРЕНКО, К.С. МАЛАХОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2011, № 10 8
– чем является каждый термин – понятием-классом предметов или кон-
кретным понятием;
– указать для каждого термина возможные существенные отношения с
другими терминами из списка;
– описать возможные существенные свойства понятий.
Следующий шаг уточнение и определение окончательного списка клас-
сов-понятий, имена которых будут входить в разрабатываемую онтологию и яв-
ляться вершинами онтографа. Также следует принять единые правила присваи-
вания имён понятиям и свойствам, например, употребление только единствен-
ного числа, отсутствие аббревиатур и т. д. [1].
Следующим шагом является упорядочивание списка понятий по некоторому
типу отношения «выше-ниже» на основе профессиональных знаний разработчи-
ка О ПдО и, возможно, следует повторить некоторые фрагменты процесса ана-
лиза ПдО (с привязкой к составленному списку понятий), выполненные на пред-
варительном этапе.
В результате должен быть получен полный список существенных для за-
данной ПдО (и предполагаемых приложений) понятий и их машинно-
интерпретируемые формулировки.
Построение множества R также основано на результатах этапа пред-
варительного анализа ПдО. По сути, требуется установить для каждого элемента
Xxi семантическое отношение kR с элементом Xx j , ,i k jx R x , 1, ,i j n
, 1,i j k m . Другими словами, необходимо построить множество дуг, связы-
вающих вершины направленного онтографа. В качестве вершин онтографа
выступает множество понятий ПдО. Вершиной (или вершинами) онтографа
(без учёта ОКУ) является родовое понятие, которое не имеет надкласса,
а нижний уровень представляют конкретные понятия, т. е. не имеющие видовых
понятий в заданной ПдО.
На практике множество R сначала представляют некоторым обобщённым
отношением “выше-ниже”. Известно несколько подходов к разработке иерархии
классов: процесс нисходящей разработки, процесс восходящей разработки и
комбинированный процесс. Последний наиболее часто используется разработ-
чиками, так как он является наиболее естественным, сначала оперирует поня-
тиями среднего уровня, к которым наиболее часто обращаются разработчики.
Затем эти понятия обобщаются и ограничиваются.
При связывании двух и более вершин онтографа (взятых поочередно, начи-
ная с первых записей составленного на предыдущем этапе списка) следует из-
влечь информацию из соответствующих определений понятий о конкретных се-
мантических отношениях Rk. В случае отсутствия такой информации или ее не-
полноты – отношение формируется на основе профессиональных знаний разра-
ботчика О ПдО.
В заключение данного подэтапа следует соотнести разработанные классы и
их иерархии результатам предварительного анализа ПдО. В частности, уточня-
МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОНТОЛОГИИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2011, № 10 9
ются зависимости для конкретных пар
ji xx , . В процессе соотнесения (и по-
строения иерархии) следует учитывать, что:
- прямые подклассы в иерархии должны располагаться на одном уровне
обобщения; класс может быть подклассом нескольких классов, и тогда он может
наследовать свойства от всех этих классов;
- если класс имеет только один прямой подкласс, то, возможно, при модели-
ровании допущена ошибка или онтология неполная;
- если у данного класса есть более дюжины (иногда говорят о числе 7) под-
классов, то, возможно, необходимы дополнительные промежуточные классы;
- не рекомендуется вводить в онтологию больше классов объектов, чем это
необходимо для решения множества прикладных задач.
Следует помнить, что не существует единственно правильной иерархии
классов.
Описанное построение онтографа является специальным видом классифи-
кации понятий ПдО – онтологической классификацией.
Построение множества F .
Для данной методики построение функций интерпретации заключается в
составлении глоссария терминов ПдО, которые являются вершинами онтографа
ПдО. Такой глоссарий составляется на этапе предварительного анализа ПдО, а
на последующих этапах уточняется и дополняется. Причём, на этапе составле-
ния онтографа ПдО – учитывается информация (из определений понятий) о по-
нятиях и отношениях между ними, а на этапе формирования формализованного
описания – информация о существенных признаках, характеризующих опреде-
ляемое понятие.
Графическое (визуальное) проектирование онтографа ПдО и составле-
ние формализованного описания онтологии ПдО.
На основе построенных множеств кортежа выполняется синтез концепту-
альной модели ПдО, например, с помощью известного инструментального сред-
ства Protégé (ИСР) и сформировать формальное описание разработанной онто-
логии на одном из языков описания (например, OWL), а также графическое
представление онтографа.
ИСР поддерживает ручной ввод элементов множеств X и R, в результате
чего на экране получим визуальное представление онтографа ПдО. Кроме то-
го, признаки, взятые из определений понятий, заполняются в соответствующие
слоты.
В заключение в ИСР можно автоматически сформировать формализованное
описание О ПдО.
Блок-схема алгоритма проектирования онтологии ПдО показана на рис. 1.
А.В. ПАЛАГИН, Н.Г. ПЕТРЕНКО, К.С. МАЛАХОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2011, № 10 10
РИС. 1. Блок-схема алгоритма проектирования онтологии ПдО
МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОНТОЛОГИИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2011, № 10 11
Рассмотрим пример построения фрагмента онтологии из ПдО «Вычисли-
тельная техника». Из словарей по информатике и вычислительной технике вы-
браны следующие понятия: «Оперативная память», «Вычислительная машина»,
«Устройство ввода-вывода», «Аналоговая вычислительная машина», «Микро-
процессор», «Центральный процессор», «Цифровая вычислительная машина»,
«Центральный процессор на основе микропроцессора фирмы AMD», «Инфор-
мационные шины», «Управляющие шины», «Центральный процессор на основе
микропроцессора фирмы Intel», «Теоретический базис», «Архитектура вычисли-
тельных систем», «Программирование», «Компьютерные сети», «Проектирова-
ние средств вычислительной техники», «Теория автоматов», «Разработчик
средств вычислительной техники», «Software (программное обеспечение, ПО)»,
«Hardware (аппаратные средства, АС)», «Архитектура АС вычислительной сис-
темы», «Единая система стандартов», «Проектирование вычислительной систе-
мы», «АС вычислительной системы», «Архитектура вычислительной системы
типа SISD», «Архитектура вычислительной системы типа MISD», «Архитектура
вычислительной системы типа SIMD», «Архитектура вычислительной системы
типа MIMD», «Архитектура вычислительной системы», «Программное обеспе-
чение вычислительной системы». При этом базовыми понятиями ОКУ будут
понятия «Информатика» и «Вычислительная техника».
Далее выполним ранжирование списка терминов по обобщённому отноше-
нию «выше-ниже».
1. «Информатика».
2. «Вычислительная техника», «Теоретический базис».
3. «Единая система стандартов», «Hardware», «Software», «Разработчик
средств ВТ», «Архитектура вычислительных систем», «Программирование»,
«Компьютерные сети», «Проектирование средств вычислительной техники»,
«Теория автоматов».
4. «Вычислительная система (ВС)».
5. «Проектирование вычислительной системы», «АС вычислительной систе-
мы», «ПО вычислительной системы», «Архитектура ВС».
6. «Вычислительная машина», «Архитектура АС вычислительной системы».
7. «Цифровая вычислительная машина», «Аналоговая вычислительная маши-
на», «Архитектура вычислительной системы типа SISD», «Архитектура вычис-
лительной системы типа MISD», «Архитектура вычислительной системы типа
SIMD», «Архитектура вычислительной системы типа MIMD».
8. «Центральный процессор», «Устройство ввода-вывода».
9. «Центральный процессор на основе микропроцессора фирмы AMD»,
«Центральный процессор на основе микропроцессора фирмы Intel».
10. «Оперативная память», «Микропроцессор».
Множество отношений состоит из элементов – {категорное_отношение, уча-
стник, множество-элемент, регламентировать, быть_характеристикой, род-вид,
целое-часть, разработать, содержаться_в}.
На рис. 2 показан онтограф фрагмента ПдО «Вычислительная техника».
А.В. ПАЛАГИН, Н.Г. ПЕТРЕНКО, К.С. МАЛАХОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2011, № 10 12
РИС. 2. Онтограф фрагмента ПдО “Вычислительная техника”
Выводы. Предложенная в работе методика разработки онтологии ПдО и
соответствующий алгоритм ориентированы на ручное построение с автоматиче-
ским формированием их формального описания в инструментальной среде Pro-
tégé на одном из общепринятых языков описания онтологий. Для повышения
эффективности процесса построения онтологий необходимо привлечение из-
вестных, или создание оригинальных инструментов автоматизированного при-
обретения новых знаний из различных источников.
1. Палагин А.В., Яковлев Ю.С. Системная интеграция средств компьютерной техники. –
Винница: УНІВЕРСУМ, 2005. – 680 с.
2. Палагин А.В., Петренко Н.Г. Системно-онтологический анализ предметной области //
УСиМ. – 2009. – № 4. – С. 3–14.
3. Ивлев Ю.В. Логика: учебник для вузов. – М.: «Логос», 1997. – 272 с.
Получено 20.06.2011
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46447 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:15:04Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Палагин, А.В. Петренко, Н.Г. Малахов, К.С. 2013-06-30T06:25:31Z 2013-06-30T06:25:31Z 2011 Методика проектирования онтологии предметной области / А.В. Палагин, Н.Г. Петренко, К.С. Малахов // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2011. — № 10. — С. 5-12. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46447 004.415 Описывается методика проектирования онтологии ПдО, приведена блок-схема алгоритма и рассмотрен пример построения фрагмента онтологии ПдО “Вычислительная техника”. Описується методика проектування онтології ПдО, подана блок-схема алгоритму проектування ПдО і розглянуто приклад побудови фрагмента онтологіі з предметної області “Обчислювальна техніка”. The article describes the technique for designing a domain ontology, shows the flowchart of algorithm design and example of constructing a fragment of the ontology of the subject area of Computer Science is considered. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Комп’ютерні засоби, мережі та системи Методика проектирования онтологии предметной области Technique for designing a domain ontology Article published earlier |
| spellingShingle | Методика проектирования онтологии предметной области Палагин, А.В. Петренко, Н.Г. Малахов, К.С. |
| title | Методика проектирования онтологии предметной области |
| title_alt | Technique for designing a domain ontology |
| title_full | Методика проектирования онтологии предметной области |
| title_fullStr | Методика проектирования онтологии предметной области |
| title_full_unstemmed | Методика проектирования онтологии предметной области |
| title_short | Методика проектирования онтологии предметной области |
| title_sort | методика проектирования онтологии предметной области |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46447 |
| work_keys_str_mv | AT palaginav metodikaproektirovaniâontologiipredmetnoioblasti AT petrenkong metodikaproektirovaniâontologiipredmetnoioblasti AT malahovks metodikaproektirovaniâontologiipredmetnoioblasti AT palaginav techniquefordesigningadomainontology AT petrenkong techniquefordesigningadomainontology AT malahovks techniquefordesigningadomainontology |